PRARANCANGAN PABRIK SIRUP GLUKOSA DARI

TEPUNG TAPIOKA DENGAN PROSES HIDROLISIS ENZIM

KAPASITAS 61.000 TON/TAHUN

Disusun sebagai salah satu syarat menyelesaikan Program Studi Strata I pada

Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik

Oleh :

ANDRIAN YULIANA

D500100018

PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

2018

i

ii

iii

1

PRARANCANGAN PABRIK SIRUP GLUKOSA DARI TEPUNG

TAPIOKA DENGAN PROSES HIDROLISIS ENZIM

KAPASITAS 61.000 TON/TAHUN

Abstrak

Sirup glukosa merupakan cairan kental dan jernih yang diperoleh dari hidrolisis

pati dengan cara enzimatik. Sirup glukosa digunakan dalam industri makanan

dan farmasi. Pabrik sirup glukosa dirancang dengan kapasitas 61.000 ton/tahun

yang beroperasi selama 330 hari per tahun. Membutuhkan bahan baku tepung

tapioka sebanyak 3.507,30 kg/jam, air sebanyak 10.521,89 kg/jam, asam asetat

sebanyak 0,18 kg/jam dan enzim sebanyak 0,50 kg/jam. Utilitas pendukung

proses meliputi penyediaan air sebanyak 12.626,26 kg/jam yang diperoleh dari

air sungai, penyediaan saturated steam sebanyak 3.173,13 kg/jam, kebutuhan

listrik diperoleh dari PLN sebanyak 435 kW dan generator set sebanyak 600

kW. Bentuk perusahaan yang dipilih adalah Perseroan Terbatas (PT) yang

berencana akan didirikan di kawasan industri kota Cilegon Propinsi Jawa Barat

dengan luas tanah 25.646 m2 dan jumlah karyawan 112 orang. Dari analisis

ekonomi pabrik sirup glukosa membutuhkan modal tetap sebesar Rp

133.575.852.354 dan modal kerja sebesar Rp 35.286.923.360 dan pada analisis

kelayakan memberikan hasil bahwa Precent Return On Investment (ROI)

sebelum pajak sebesar 14,50% dan setelah pajak sebesar 10,87%. Pay Out

Time (POT) sebelum pajak sebesar 4,08 tahun sedangkan setelah pajak sebesar

4,79 tahun. Break Even Point (BEP) sebesar 49,80% kapasitas dan Shut Dwon

Point (SDP) sebesar 18,37% kapasitas. Discounted Cash Flow (DCF) sebesar

29,23%. Berdasarkan data-data diatas maka pabrik sirup glukosa dari air

tapioka cukup layak dikaji lebih lanjut untuk didirikan.

Kata Kunci : sirup glukosa, tepung tapioka, asam asetat, enzim glukoamilase

Abstract

Glucose syrup is a viscous fluid and clear obtained from hydrolysis of starch

by enzymatic way. Glucose syrup is used in food and pharmaceutical industry.

Glucose syrup factory was designed with a capacity of 61,000 tons/year of

operation for 330 days per year. In need of raw tapioca flour as much as

3,507.30 kg/h, water as much as 10,521.89 kg/h, acetic acid as much as 0.18

kg/hour and enzymes as much as 0.50 kg/hour. Supporting utilities water

supply include process as much as 12,626.26 kg/h obtained from river water,

provision of saturated steam as much as 3,173.13 kg/h, electricity is obtained

from PLN as much as 435 kW generator sets and as many as 600 kW. The

shape of the selected company is a limited liability company (PT) that plans

will be established in the industrial town of Cilegon in West Java Province

with a land area of 25,646 m2 and the number of employees of the 112 people.

Economic analysis of glucose syrup manufacturer in need of fixed capital

amounted to Rp 133,575,852,354 and Rp 35,286,923,360 working capital and

on the analysis of the feasibility of delivering results that Precent Return On

2

Investment (ROI) before tax of 14.50% and after tax of 10.87%. Pay Out Time

(POT) before taxes 4.08 years whereas after tax of 4.79 years. Break Even

Point (BEP) of 49.80% capacity and Shut Dwon Point (SDP) 18.37% of

capacity. Discounted Cash Flow (DCF) amounted to 29.23%. Based on the

data above, the manufacturer of glucose syrup is pretty decent tapioca water

examined further established.

Keywords : glucose syrup, tapioca starch, acetic acid, glucoamylase enzym

1. PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Di Indonesia sampai saat ini sudah banyak yang memproduksi sirup glukosa

karena melimpahnya bahan baku singkong. Namun demikian seiring dengan

berjalannya waktu perkembangan industri makanan dan farmasi begitu pesat

hingga saat ini, sehingga untuk menutupi kebutuhan glukosa masih didatangkan

dari luar negeri. Sehubungan dengan hal tersebut sangat tepat jika pemerintah

mengambil kebijakan dengan mendirikan industri-industri yang dapat mengganti

peran bahan import dan dapat terciptanya lapangan kerja baru.

1.2 Kapasitas Pabrik

Berdasarkan data dari Biro Pusat Statistik (BPS) di Indonesia dari tahun 2008-

2012 yang ditunjukan pada Tabel 1. Data Kebutuhan Sirup Glukosa di Indonesia

mengalami peningkatan dari tahun ke tahun.

Tabel 1. Data Kebutuhan Sirup Glukosa di Indonesia

Tahun Jumlah (ton/tahun)

2008 21.572

2009 21.743

2010 41.303

2011 73.100

2012 62.755

Sumber : Biro Pusat Statistik, 2012

Beberapa nama-nama pabrik tepung tapioka yang sudah ada dapat dilihat

pada tabel 2. sebagai berikut :

3

Tabel 2. Nama-nama Pabrik Tepung Tapioka

No Nama Pabrik Lokasi Kapasitas (ton/tahun)

1. PT. Wira Kencana Adi Perdana Batanghari 6.500

2. PT. Bumi Acid Lampung Tengah 75.000

3. PT. Eka Inti Tapioka Lampung Tengah 37.500

4. PT. Incasi Raya Sumatra Barat 24.000

5. PT. Budi Sentosa Perkasa Jambi 3.000

Beberapa nama-nama pabrik sirup glukosa yang sudah beroperasi dapat

dilihat pada tabel 3. sebagai berikut :

Tabel 3. Nama-nama Pabrik Sirup Glukosa

No Nama Pabrik Lokasi Kapasitas (ton/tahun)

1. Global Sweetener Ltd. Pakistan 147.000

2. RM Food Additive India 6.000

3. Thai Food Ltd. Thailand 24.000

4. Akbar Ali and Co. Pakistan 660.000

5. PT. Suba Indah Cilegon 82.500

6. PT. BAJ Jawa Timur 18.000

7. PT. Associated British Jawa Barat 72.000

8. AVJ Grupe Lituania 12.000

Dengan pertimbangan kebutuhan sirup glukosa didalam negeri dan

kapasitas pabrik yang sudah ada, maka ditetapkan kapasitas rancangan pabrik

sirup glukosa yang didirikan pada tahun 2020 sebesar 61.000 ton/tahun.

1.3 Lokasi Pabrik

Lokasi pabrik sangat berpengaruh terhadap keberadaan suatu industri baik dari

segi komersial maupun kemungkinan dimasa mendatang. Banyak faktor yang

harus dipertimbangkan dalam memilih lokasi pabrik antara lain ketersedian bahan

baku, transportasi, dan pemasaran, penyediaan air, kawasan industri dan tenaga

kerja. Pendirian pabrik sirup glukosa direncanakan didirikan di kota Cilegon,

Propinsi Jawa Barat.

4

2. METODE

2.1 Konsep Reaksi

Pada pembuatan sirup glukosa dapat dilihat dari dua reaksi, yaitu reaksi

gelatinisasi pati dan reaksi sakarifikasi dapat dilihat berikut ini :

(C6H10O5)n + nH2O → (C6H12O6)n . nH2O (1)

(C6H12O6)n . H2O → n(C6H12O6) (2)

2.2 Tinjauan Kinetika

Reaksi dapat terjadi jika pati dipanaskan pada suhu 600C sampai 800C.

Kecepatan reaksi (1) dapat dianggap orde 1 semu terhadap pati dengan harga

konstanta kecepatan reaksi 23,4822/jam. Reaksi hidrolisis pati dengan enzim

dalam pembuatan sirup glukosa merupakan reaksi bersifat eksotermis yang terjadi

pada temperatur 700C.

Diasumsikan reaksi (2) mengikuti persamaan Michaeli–Menten, sehingga

persamaan kecepatan reaksinya dapat dituliskan :

−rA = kCE0 + CACM + CA

(3)

Harga k dan CM dapat dicari dengan interpretasi data percobaan yang

terdapat pada tabel 2.1. sebagai berikut :

Tabel 4. Data Percobaan Fermentasi Pati Menjadi Glukosa dengan Enzim

Glukoamialse

Waktu Reaksi(jam) Konsentrasi Enzim

(kmol/m3)

Konsentrasi Pati (kmol/m3)

Mula-mula Akhir

12 0,0039 1,85 0,65

20 0,0030 1,85 0,08

Interpretasi data percobaan reaksi fermentasi dengan enzim secara batch

dapat dilakukan dengan menggunakan persamaan berikut (Levenspiel, 1999) :

𝐶𝐴0 − 𝐶𝐴

𝑙𝑛𝐶𝐴0𝐶𝐴

= −𝐶𝑀 + 𝑘𝐶𝐸0𝑡

𝑙𝑛𝐶𝐴0𝐶𝐴

(4)

𝑦 = −𝐶𝑀 + 𝑘 ∙ 𝑥 (5)

5

Data pada tabel 2.1. dimasukan kedalam persamaan (5) mendapatkan hasil

sebagai berikut :

1,15 = – CM + k 4,4 x 10-2

0,57 = – CM + k 2,8 x 10-2

Diperoleh :

– CM = 1,76 x 10-1

kmol/m3

k = 3,00 x 10-1

L/jam

2.3 Tinjauan Termodinamika

Tinjauan secara termodinamika dilakukan untuk mengetahui sifat dari suatu reaksi

yaitu eksotermis atau endotermis.

Tabel 4. Data Panas Pembentukan

Komponen ∆Hf0 (kJ/kmol)

(C6H10O5)n – 601,89

H2O – 286,04

C6H12O6 – 798,88

Reaksi :

C6H10O5 + H2O → C6H12O6 + H2O (6)

∆Hr0 = ∆Hf

0 produk – ∆Hf

0 reaktan (7)

∆Hr0 = (∆Hf

0C6H12O6+∆Hf

0 H2O)–(∆Hf

0C6H10O5+∆Hf

0H2O)

∆Hr0 = (–798,88+(–286,04))–(–601,89+(–286,04))

∆Hr0 = –1.084,9 –(–887,93)

∆Hr0 = –196,99 kJ/kmol

Berdasarkan perhitungan ∆Hf0298 dari reaksi yang berlangsung

menunjukkan hasil yang negatif, sehingga reaksi bersifat eksotermis.

2.4 Langkah Proses

Proses pembuatan sirup glukosa dengan proses hidrolisis pati terbagi menjadi tiga

tahap, yaitu :

6

a. Tahap Persiapan Bahan Baku

Pengangkutan pati dari gudang penyimpanan pati menggunakan belt

conveyor menuju mixer untuk disuspensikan dengan air dengan kondisi

operasi T = 300C dan P = 1 atm.

b. Tahap Reaksi

Setelah homogen suspensi pati dipanaskan dalam heat exchanger-01 sampai

suhu 700C lalu diumpankan kedalam reaktor dengan kondisi operasi reaktor

suhu 700C dan tekanan1 atm. Katalis yang digunakan untuk menghidrolisis

pati yaitu enzim glukoamilase. Konversi yang diperoleh 90%.

c. Tahap Pemurnian Hasil

Produk larutan glukosa diumpankan ke dalam rotary drum vacuum filter

untuk memisahkan padatan yang terikut. Padatan yang telah terpisah

selanjutnya diangkut dengan belt conveyor-02. Sedangkan larutan glukosa

bebas dari padatan dipekatkan dengan evaporator pada kondisi operasi suhu

1100C dan tekanan 1 atm sampai kadar glukosa menjadi 40%. Larutan pekat

glukosa selanjutnya didinginkan dalam heat exchanger-02 sampai suhu 300C

kemudian disimpan dalam tangki penyimpanan.

7

Gambar 1. Diagram Alir Proses

8

3. HASIL DAN PEMBAHASAN

3.1 Hasil

Alat-alat yang digunakan dalam pembuatan sirup glukosa sebagai berikut :

a. Mixer

Kode : M-110

Fungsi : Untuk mencampurkan umpan tepung tapioka

dengan air sebelum direaksikan dengan enzim

glukoamilase di dalam reaktor

Jenis : Tengki silinder tegak tertutup

Bahan Konstruksi : Carbon Steel, food grade (SA 283 C)

Kondisi Operasi :

P : 1 atm

T : 30 0C

Volume : 7,3692 m3

Diameter : 2,1095 m

Tinggi : 2,1095 m

Tebal Shell : 0,1875 in = 0,4763 cm = 0,0048 m

Jumlah Pengaduk : 1 buah

Power Pengaduk : 10 HP

b. Reaktor

Fungsi : Mereaksikan tepung tapioka (C6H10O5) dan air

(H2O) menghasilkan sirup glukosa (C6H12O6)

dengan katalis enzim glukoamylase.

Bahan konstruksi : Stainless Steel

Shell dan Head :

Diameter luar shell (OD) : 1,5876 m

Tinggi cairan dalam tangki (L) : 2,7225 m

Tinggi shell (H) : 1,2899 m

Diameter dalam shell (ID) : 1,5028 m

Tinggi head dan bottom (zh) : 0,2093 m

Tebal shell (ts) : 0,1608 m

9

Tebal head (th) : 0,1322 m

Pengaduk dan buffle :

Diameter pengaduk (L) : 0,5009 m

Lebar pengaduk (b) : 0,1252 m

Lebar baffle (B) : 0,1503 m

Jarak pengaduk dari dasar tangki (zi) : 0,1503 m

Jumlah pengaduk : 1 buah

Jarak antara pengaduk (s) : 0,0366 m

N dan P :

Kecepatan putar pengaduk (N) : 426,7256 rpm

Daya motor yang diperlukan (P) : 25 HP

c. Rotary Drum Vacuum Filter

Fungsi : Memisahkan produk glukosa dengan pati

tergelatinasi dengan proses penyaringan

Jenis : Rotary Drum Vacuum Filter

Bahan Konstruksi : Carbon stell

Kondisi Operasi :

P : 1 atm

T : 50 0C

Diameter : 1,3761 m

Lebar : 0,6880 m

Motor Exhuauster : 3 HP

Jumlah : 1 buah

d. Evaporator

Fungsi : Menguapkan kandungan air dengan proses

evaporasi agar diperoleh konsentrasi sirup glukosa

55%

Jenis : Single Effect Evaporator

Bahan konstruksi :

Tube side =

- Tube :

10

Diameter luar (ODt) : 0,6742 m

Diameter dalam (IDt) : 0,1686 m

Panjang (L) : 3,6576 m

Pitch = square pitch 1,25 ODt : 16

Jumlah tube : 6 buah

Jumlah pass : 2

- Fluida : Suspensi pati

Suhu masuk (t1) : 110 0C

Suhu keluar (t2) : 50 0C

Massa (Mt) : 33713,7603 kg/jam

- Pressure drop : 0,0003 psi

Shell side =

- Shell :

Diameter shell (Ds) : 0,3673 m

Baffle spacing (B) : 0,3673 m

Jumlah pass : 1

- Fluida : Steam

Suhu masuk (T1) : 160 0C

Suhu keluar (T2) : 160 0C

Massa (Mt) : 10.108,7534 kg/jam

- Pressure drop : 0,2677 psi

Rd terhitung : 0,0932 ft2.0F.jam/Btu

Rd dibutuhkan : 0,003 ft2.0F.jam/Btu

3.2 Pembahasan

3.2.1 Utilitas

Unit utilitas merupakan bagian penting untuk menunjang berlangsungnya suatu

proses dalam suatu pabrik.Unit pendukung proses meliputi penyediaan air sebesar

12.626,26kg/jam yang diperoleh dari air sungai, penyediaan saturated steam

sebesar 3.173,13 kg/jam, kebutuhan listrik sebesar 435 kW yang diperoleh dari

PLN dan generator set sebesar 600 kW sebagai cadangan, bahan bakar sebanyak

2248,81liter per hari.

11

3.2.2 Manajemen Perusahaan

Pabrik sirup glukosa akan didirikan dalam bentuk perusahaan Persero Terbatas

(PT) dengan kapasitas pabrik 61.000 ton/tahun yang akan didirkan di Cilegon,

Jawa Barat dan memiliki jumlah karyawan sebanyak 112 orang.

3.2.3 Analisis Ekonomi

Gambar 2. Analisis Ekonomi

Berdasarkan Gambar 2. hasil penjualan sirup glukosa lebih tinggi daripada

pengeluaran untuk pendirian pabrik, sehingga pabrik mendapat keuntungan. Dari

hasil analisa kelayakan diperoleh nilai ROI, POT, BEP, SDP, dan DCF pada

Tabel 5.

Tabel 5. Analisis Kelayakan

No. Keterangan Perhitungan High Risk

1. Returb on Investmen (ROI)

- ROI sebelum pajak

- ROI sesudah pajak

14,50%

10,87%

Minimum 11 %

2. Pay Out Time (POT)

- POT sebelum pajak

4,08 tahun

Maksimum 5 tahun

0

30

60

90

120

150

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Har

ga

(dal

am M

ilyar

Rp)

Kapasitas Produksi (%)

SDP

BEP

Fa

Va

Ra

Sa

12

No. Keterangan Perhitungan High Risk

- POT sesudah pajak 4,79 tahun

3. Break Even Point (BEP) 49,80% 40 – 60%

4. Shut Dwon Point (SDP) 18,37% 20 – 40%

5. Discounted Cash Flow (DCF) 29,23%

4. PENUTUP

Hasil dari analisis ekonomi Pabrik Sirup Glukosa dengan kapasitas produksi

61.000 ton/tahun adalah sebagai berikut :

1. Modal tetap sebesar Rp 133.575.852.354 per tahun dan modal kerja sebesar

Rp 35.286.923.360 per tahun.

2. Keuntungan yang tercapai setelah pajak sebesar Rp 14.524.246.635 per

tahun.

3. Percent Return On Investment (ROI) sebelum pajak sebesar 14,50% dan

setelah pajak sebesar 10,87%. Pay Out Time (POT) sebelum pajak sebesar

4,08 tahun dan setelah pajak 4,79 tahun.

4. Break Event Point (BEP) sebesar 49,80%, Shut Down Point (SDP) sebesar

18,37%, dan Discounted Cash Flow (DCF) sebesar 29,23%.

Berdasarkan pertimbangan analisis ekonomi, maka dapat disimpulkan

bahwa pabrik ini cukup layak dikaji lebih lanjut untuk didirikan.

DAFTAR PUSTAKA

Agra, I.B., Warnijati, S., and Indriyani, K., 1987, “Hydrolysis of Dry

CassavaPowder”, Chemeca’87, the 15th Australian Chemical

EngineeringConference, pp.96.1-96.6, Melbourne, Australia.

Biro Pusat Statistik, 2008-2012, “Statistik Perdagangan Luar Negeri Indonesia”,

Indonesia foreign, Trade Statistic Import, Yogjakarta.

Coulson, J.M., 1983, “Chemical Engineering”, Aucklond, Mc. Graw Hill,

International Student Edition, Singapore.

13

Dziedzic.S.Z., Kearsley. MW., 1984, “Glucose Syrup : Science and Technology”

Elsevier Applied Science Publisher Ltd., England

Levenspiel, Octave, 1972, “Chemical Reaction Engineering”, 2nd ed., John

Willeyand Sons Inc., Singapore.

Parlindungan, R, 2005, “Tepung Tapioka”, Newsletter Peluang Usaha,

Agustus2005, Kadin Provinsi DKI Jakarta